CFRP层合周期结构的阻尼性能

碳纤维复合材料(CFRP)层合周期结构由于具有优异的阻尼性能,适用于多种减振装置,但是,其刚度、阻尼等振动特性会受到铺层方式的周期变化、纤维的非连续性等因素的影响。针对CFRP层合周期结构的特点,设计了一种沿长度方向单周期包含两个元胞的CFRP层合周期结构板,制备了相应试验件并进行了自由模态试验,研究该结构阻尼性能变化规律。实验结果表明,随着周期个数与元胞单元厚度占比的增加,一阶和二阶阻尼损耗因子逐渐变大,一阶和二阶弯曲固有频率逐渐下降;保持CFRP层合周期结构中一个元胞的铺层角度不变,随着另一个元胞铺层角度的增加,一阶、二阶阻尼损耗因子都呈现先增大后减小的趋势,一阶和二阶弯曲固有频率在铺层角度为15°时达到最大值,之后随着铺层角度的增加呈现出轻微上下波动的变化,并未出现较大波动。当CFRP层合周期结构板元胞单元厚度占比为50%、周期个数为4时,相比于传统的CFRP层合板,前两阶弯曲模态下的阻尼损耗因子分别提高19.59%和15.63%,通过三点弯曲试验测试结果得知,该结构弯曲刚度相比传统CFRP层合板降低18.21%。

周期结构电磁超材料吸波体的设计及最新进展

电磁吸波性能始终是军事活动重点关注的研究方向。传统吸波材料不能满足日益增长的综合需求,因此,以人工制备、由亚波长结构单元组合且具有超常物理性质的超材料为基础,经导电单元图案及整体结构设计构成的超材料吸波体,在近些年得到广泛研究和发展。本文综述了周期结构电磁超材料吸波体的发展趋势,凝练其吸波机制,并总结出超材料吸波体的基本结构,包括导电单元层、介质层和反射层。同时参考近年来超材料吸波体的研究成果,以单层结构、多层结构和柔性结构超材料吸波体为对象,详细分析影响超材料吸波体吸波性能的关键因素,归纳总结各类型超材料吸波体的结构设计、材料组分、吸波性能等。此外,针对现有研究成果,探讨周期结构电磁超材料吸波体目前存在的不足之处,指出还需重点关注和研究的问题,以期为后续研究提供方向和思路。

三维周期结构波阻板的带隙特性研究

波阻板(wave impeding block,简称WIB)常被用于动力机器、轨道交通、建筑施工等振源产生的振动污染控制。但波阻板受土层截止频率的制约,隔振频带窄且无法对特定频率范围进行针对性的振动控制,根据声子晶体,发展了一种三维周期结构波阻板(periodic structural WIB,简称PSWIB)。采用COMSOL有限元分别计算了散射体为正方体及球体时三维周期结构波阻板的带隙,讨论了结构、材料参数等因素对带隙特性的影响,并进行了正交试验优化设计。理论和数值计算均表明:三维有限周期结构波阻板所得衰减区与无限周期波阻板带隙范围一致,具有带隙性,振动衰减区内最大振幅衰减可达54 dB。与传统波阻板相比,三维周期结构波阻板拓宽了隔振频带,突破了截止频率的制约,并可依据振源特性设计三维周期结构波阻板材料参数满足对目标频率振动隔离的要求。

旋转周期结构参激振动频率分裂研究

旋转周期结构广泛应用于机械工程领域,参激振动是其常见的振动形式。该文利用周期结构的时空对称特征提出了一种偏微分形式的时变弹性动力学模型,然后利用Galerkin方法及模态正交性得到了常微分形式的多自由度参激振动模型。研究了时变刚度激励作用下旋转周期结构的振动行为。为了研究参激振动的固频率分裂规律,采用调制反馈原理分析了不同反馈类型下的振动响应,揭示了时变刚度个数及振动波数等基本参数组合与频率分裂之间的映射关系,还预测了不同反馈类型下参激不稳定对应的激励频率,最后利用Floquét理论和Runge-Kutta方法分别验证了参数不稳定域及不同反馈类型下响应频率的正确性。

一维立方非线性刚度周期结构色散特性研究

研究立方非线性刚度单胞阵列形成一维周期结构后的色散特性,对飞机壁板振动控制的研究具有一定的促进作用。首先构建一维线性刚度周期结构的动力学模型,基于布洛赫理论(Bloch theorem)推导了其色散方程,并对其色散特性和弹性波传播现象进行分析。进而建立含立方非线性刚度单胞的一维周期结构的动力学模型,利用摄动法推导该周期结构的色散方程,分析非线性刚度的软、硬和激励振幅对其色散特性以及弹性波传播产生的影响。最后考虑到飞行器壁板复杂工作环境,避免摄动法仅适用于弱非线性的局限性,给出含立方非线性刚度一维周期结构色散关系的谐波平衡法的求解过程,对比两种方法的求解结果。本文为利用非线性周期结构对飞行器壁板进行振动控制的进一步研究奠定基础,对非线性声子晶体低频减振研究也具有一定的促进作用。

基于振幅放大机制的无砟轨道周期结构弯曲波调控研究

【目的】轨道结构的振动一直是相关领域亟待研究和解决的问题。传统减隔振装置受到自身重量与列车行车安全性的限制,难以实现对轨道结构弯曲波的宽频调控。【方法】通过引入振幅放大机制,设计了一种杠杆式轨道综合减隔振装置。以CRTSⅢ型板式无砟轨道结构为研究对象,采用能量泛函变分法和人工弹簧技术建立了配置有轨道综合减隔振装置的周期性轨道结构波动分析模型和振动响应分析模型,研究了轨道综合减隔振装置对弯曲波的调控能力,并分析了轨道综合减隔振装置工作能力与振幅放大系数的关系。【结果】结果表明:采用振幅放大机制,能够有效增大减隔振装置的惯性质量,增强减隔振装置的阻尼特性和刚度特性,进而显著提升其工作能力。【结论】实现了轨道综合减隔振装置“低频隔振高频吸振”的超宽频弯曲波调控设计目标。

周期结构与非周期结构像模拟计算中相光栅准备的实空间算法

利用数学上一积分公式推导出了一个求晶体电势分布函数U(r→)的解析表达式 :U(r→) =(1 VC) ∑Nn =1 ∑5j=1anj(4π (bnj+Bn) ) 3 2 exp(- 4π2 (r→n -r→) 2 (bnj +Bn) )。将它运用到实空间多层法像模拟中计算相光栅 ,可大大缩短相光栅的计算时间。文中先介绍了解析表达式的推导过程 ,然后以Mg4 4Rh7和C6 0 为例详细说明了相光栅的计算过程 。

利用小样品获取大尺度周期结构声散射系数的可行性分析

对不同尺度周期结构的散射性质之间关系进行了详细研究,首次给出了数值计算或工程应用中利用小尺度样品获取大尺度周期结构散射系数的准则。首先对不同尺度周期结构散射系数之间的关系进行了理论分析,证明了利用小样品的散射系数来等效大尺度试件散射系数的可行性;然后推导了计算散射系数的边界无网格数值计算模型BMM,并对不同形式的小样品进行了散射系数计算,结果表明,当小尺度样品的周期数与大尺度试件相同,且总面积至少为其1/2时,其散射系数可以作为大尺度试件的散射系数。这种等效不仅可以大大提高散射系数的计算效率,同时对工程应用中散射系数的快速估计或实验测量方法的改进都具有重要的意义。

一维光子晶体的基本周期结构及其禁带特征

本文采用光学导纳特征矩阵方法讨论了光波在一维分层介质的传播特性 ,分析了一维光子晶体的基本周期结构对光子禁带的特征的影响 ,指出了这种特性的应用 .

失谐周期结构中振动局部化问题的研究进展

周期结构在工程中有很多应用实例，其具有频率通带和禁带等特殊力学性质。失谐可使周期结构的力学特性产生本质变化，即失谐周期结构中存在振动局部化现象。局部化破坏了周期结构模态的规则性，在外激励下会使结构某些部位的响应幅值过大，产生能量积聚，甚至导致结构发生疲劳破坏。因此分析失谐周期结构中振动和能量的传播方式与规律具有重要的理论与实际意义，可以为重要子结构的振动控制和减振设计提供理论依据。针对一维直线型周期结构、循环周期结构以及二维周期结构等，综述了其中的振动局部化问题的研究现状，主要集中于力学模型的建立、振动局部化问题的研究内容、分析方法和主要研究结果等，并提出了值得进一步研究的问题。

汶川地震远场地震动特征及其对长周期结构影响的分析

汶川8.0级大地震中,中国数字强震动台网获得了大量的数字强震动记录,这些记录特别是远场记录具有丰富的长周期地震动分量。本文根据东南强震动中心获取的区域数字强震动记录,分析汶川8.0级地震的远场地震动特征,研究了基岩场地及深厚软弱场地的长周期地震动及其差异;根据长周期结构的特点,选取建于深厚软弱场地上的江苏A050强震台的超长地震记录进行结构地震反应分析,研究汶川8.0级地震对远场长周期结构的影响,并结合实际震害特点,提出了长周期结构抗震及地震安全对策中一些值得注意和思考的问题。

长周期结构增强镁合金的研究进展

长周期结构增强镁合金是近年来新发展的一种具有应用前景的镁合金新型结构材料。长周期结构作为镁合金中一种新发现的增强相,极大地提高了合金的力学性能。主要介绍了长周期结构增强镁合金的各种类型、特点、力学性能以及目前国内外的研究现状。

双开口Helmholtz局域共振周期结构低频带隙特性研究

设计了一种双开口Helmholtz周期结构,该周期结构单元采用双开口内外腔设计,基于多腔耦合局域共振机理,可大大增加局域共振区域,增加能得到较低的低频带隙特性.通过设计调节内腔弧长,可以使带隙移动,达到特定低频频段的隔声效果.在分析低频带隙形成机理和影响因素时,采用声电类比原理建立带隙起始频率和截止频率的计算数学模型并与有限元方法进行对比分析.研究表明:该结构具有良好的低频带隙特性,其最低带隙段为86.9—138.2 Hz.外径一定的条件下,低频带隙受内腔弧长、内外腔间隔以及周期单元结构间隔影响,内腔弧长越长,低频带隙越低;内外腔间距离越大,从而内腔体积变小,带隙向高频移动,其低频效果变差;减小结构间距对低频带隙起始频率无影响,但可以大大增加低频带隙截止频率,从而增加带隙宽度.该研究结论可以为低频降噪领域提供一定的实践和理论支持.

准周期结构一维光子晶体的带隙特性与滤波特性

研究了准周期结构一维光子晶体的带隙特性和滤波特性,对ZnS与MgF2和GaAs与AlAs两种电 介质组合的光子晶体在层厚不变、折射率递变和折射率不变、层厚递变以及层厚不变、折射率比递变三种情况 下的透射谱作了模拟计算,得到了带隙特性的变化规律,并指出了其在滤波中的应用。与周期结构光子晶体相 比,准周期结构光子晶体的透射谱发生移动,带隙宽度改变。

光在一维周期结构中的分布和局域化

运用传播矩阵对不同种类的一维周期结构(periodicstructure,PS)中的光场分布和局域化进行了理论分析.结果表明:当光以禁带频率入射到PS上时,绝大部分光被反射,在PS中是以衰减的驻波形式存在的.需要强调的是,当光以禁带带边频率入射时,光场在PS中有显著的局域化,在介质中引入适当的缺陷可以极大地增加这种局域化程度.另外,当光从掺杂有特定缺陷层的PS的左右两个不同界面入射时,可引起光场在PS中不同的分布,这对通过光的非线性调制实现的光学二极管非常有用.在线性吸收的PS中光强随光进入介质的厚度及消光系数的增加迅速衰减.

周期结构动力响应的高效数值方法

提出一种计算周期结构动力响应的高效率算法.以精细积分方法为基础,利用周期结构的对称性和动力问题的物理特性,分析了周期结构对应矩阵指数的特殊结构,并基于此给出一种计算周期结构对应矩阵指数的高效率方法.在高效和精确计算周期结构对应矩阵指数的基础上,得到了周期结构动力响应的高效率和高精度算法.数值算例表明,该方法效率高且节省存储要求.

轴向载荷周期结构梁的弯曲振动带隙特性

各种载荷广泛存在于结构振动中,影响结构的振动特性。利用传递矩阵法,建立了轴向载荷周期结构梁弯曲振动特性理论模型,能够计算轴向载荷周期结构梁弯曲振动的能带结构和传输特性。研究表明,轴向载荷周期结构梁弯曲振动存在带隙,并分析了轴向载荷对带隙频率范围和衰减的影响。通过调节载荷条件,可以实现了超低频带隙特性。通过调节轴向载荷的大小和方向可以提高带隙的适应性。

长周期结构相对位移反应谱研究

在对长周期结构进行抗震设计时,或采用基于位移的性能设计方法进行结构设计时,或采用各种结构控制技术对结构进行减隔震设计时,需要用到相对位移反应谱,而目前各国规范给出的一般都是某种标准化的绝对加速度反应谱。本文指出了国内外目前在用的部分规范提出的长周期反应谱存在的问题,采用80条高通低截止频率(0.025 Hz～0.125 Hz)、加速度峰值≥0.10 g的水平向强震记录,计算了周期0～10 s、阻尼比0.10～0.40的相对位移反应谱,研究了位移谱的影响因素及控制参数,建立了考虑震源参数、地震动幅值特性、场地条件、谱控制参数、阻尼比调整系数的可供长周期结构设计使用的弹性相对位移谱,给出了实用化计算公式及地震动位移峰值。结果表明,相对位移谱卓越周期是控制位移谱谱值及形状的重要参数;本文研究得到的相对位移谱能较好地拟合实际相对位移谱。

分组对称旋转周期结构固有频率分裂解析分析

针对工程领域广泛存在的一类分组旋转周期结构开展了解析动力学研究.提出了一种利用等效对称单元判别固有频率是否分裂的简便方法.采用直接摄动法研究了对称单元分布对模态特性的影响,揭示了等效对称子单元的分组方式与固有频率分裂之间的映射关系.该映射关系提供了一种抑制固有频率分裂的对称单元拓扑调整方法.该方法可用于超声电机和陀螺仪等对固有频率分裂敏感的重要领域.仿真结果验证了固有频率分裂规律的正确性.

环状旋转周期结构模态摄动分析

为揭示环状旋转周期结构的模态特性,以含附加结构的薄圆环为研究对象,采用直接模态摄动法建立了该周期结构动力特性近似解析方法,获得了环状旋转周期结构的模态表达式.给出了由附加结构的个数及振型的波数决定的固有频率分裂条件以及标准圆环振型与摄动振型之间的调制规律.研究表明:分裂的频率中余弦项频率值改变,而正弦项频率值保持不变;重根对应的振型被摄动振型的正、余弦项谐波调制,分裂根对应的振型仅余弦项振型被调制,且重根振型的调制程度大于分裂根振型.仿真结果证明了解析结论的正确性.